In den unterirdischen Ringen des Large Hadron Colliders ließen Physiker des CERN Kerne von Sauerstoff-16 und Neon-20 mit nahezu Lichtgeschwindigkeit aufeinandertreffen und erhielten den kleinsten Klumpen Quark-Gluon-Plasma, der jemals im Labor erzeugt wurde.
Diese exotische Form der Materie existierte im Universum nur wenige Mikrosekunden nach dem Urknall, als die Temperatur so hoch war, dass sich Protonen und Neutronen noch nicht bilden konnten und Quarks und Gluonen sich frei in einer dichten „Suppe“ bewegten.
Früher nahm man an, dass zur Reproduktion eines solchen Zustands schwere Kerne wie Blei oder Xenon nötig seien, doch neue Experimente zeigten: Selbst leichte Kerne, deren Masse weniger als ein Zehntel der eines Bleikerns beträgt, können ein Plasma erzeugen, das sich für den Bruchteil einer Sekunde wie eine Flüssigkeit verhält und kollektiv ausdehnt.
Die ATLAS-Kollaboration registrierte die charakteristische „Jet-Unterdrückung“ – hochenergetische Quarks verloren beim Durchgang durch das Medium einen erheblichen Teil ihrer Energie, was sich in einer Asymmetrie der Transversalimpulse der Teilchen zeigte und als direkter Beweis für die Bildung des Plasmas diente.
Wissenschaftler des Niels-Bohr-Instituts rekonstruierten anhand der Art der Teilchenausbreitung die ursprüngliche Form der Kerne: Die Sauerstoffkerne erwiesen sich als nahezu kugelförmig, die Neonkerne hingegen als asymmetrisch, einem Kegel oder einer Bowling-Kegel ähnelnd, wie der Schatten eines unsichtbaren Objekts.
Die Methode eröffnet einen neuen Weg, den Aufbau der Kerne und die starke Wechselwirkung bei extremen Energien zu untersuchen, und künftige Kollisionen mit noch leichteren Kernen, beispielsweise Helium-4, werden helfen, die genaue untere Grenze zu bestimmen, bei der Quark-Gluon-Plasma entstehen kann.
Das Verständnis dieser winzigen „kleinen Explosionen“ bringt uns der Lösung der Frage näher, wie aus dem Urplasma die gesamte sichtbare Materie der Sterne, Planeten und Lebewesen entstand.
